New Techniques for Studying Biomembranes
作者：Qiu-Xing Jiang
出版社：CRC Press
索书号：Q241/N532/2020/Y
ISBN：9781138618060
藏书地点：武大外教中心
生物膜是指微生物粘附于接触表面，分泌多糖基质、纤维蛋白和脂质蛋白等，将其自身包绕其中而形成的大量菌体聚集膜样物，是微生物在自然界的普遍存在方式之一。生物膜广泛存在于工业管道、通风设备、食品生产设备、自来水管道、医疗器械甚至病理状态下的人体组织器官中，绝大多数微生物在一定的条件下都可以形成生物膜。生物膜在形态结构、生理生化特征、对环境因子的敏感性等方面都与浮游状态存在显著的差异，造成其致病性、耐药性、抗逆性大大增强。从而导致了生物膜在医疗、食品、工业、养殖业等诸多领域给人类社会带来了严重危害，造成了巨大的经济损失，同时也严重威胁着人类健康。目前，生物膜已成为全球关注的重大难题之一，越来越受到各国学者的重视，在近 30 年的研究中也取得了很大的进展。对生物膜的研究，首先要依赖于快速、灵敏、特异的分析检测方法。目前针对生物膜的检测方法不再局限于单纯定性的层面，大量针对生物膜定量检测的方法被报道。而生物膜生物量、细胞总数、活细胞数、大分子物质和结构是生物膜研究中的重要指标，常应用于生物膜活性、耐药性、抗性、成膜能力等研究中。
DAPI、SYTO9、Hoechst 等荧光染料可对活细胞进行染色，使生物膜的观察具有选择性，结合荧光显微镜或 CLSM 进行观察及数据分析，可对生物膜中活细胞数进行定量。DAPI 即4'，6-二脒基-2-苯基吲哚(4'，6-diamidino-2-phenylindole)，是一种能够与 DNA 强力结合的荧光染料。它可结合到双链 DNA 小沟的AT 碱基对处，荧光强度可提高约 20 倍。DAPI 可穿透完整的细胞膜，因此它可用于活细胞和固定细胞的染色，用荧光显微镜或 CLSM 进行观测，根据荧光强度可确定 DNA 量，继而反映活细胞量。单独 DAPI 的最大激发波长为 340 nm，最大发射波长为 488 nm;当 DAPI 与双链 DNA 结合时，最大吸收波长为 364 nm，最大发射波长为 454 nm，发散光为蓝色。DAPI 也可以和RNA结合，但产生的荧光强度只有与 DNA 结合的 1/5，其发射波长在 500 nm 左右。Gressler 等用 DAPI 对113 株从临床样品和马粪样品中分离的马红球菌(Rhodococcusequi)进行染色，验证形成生物膜的能力，并评价了阿奇霉素、克拉霉素和红霉素对马红球菌生物膜的抑制能力。
碘化丙啶(propidium iodide，PI)是一种溴化乙啶的类似物，在嵌入双链 DNA 后发出红色荧光，荧光强度和双链 DNA 的量成正比，最大激发和最大发射波长分别为 535 nm 和 615 nm。尽管 PI 不能通过活细胞膜，但却能穿过破损的细胞膜对 DNA 染色。PI 与 SYTO9 一起使用，可同时对活细胞和死细胞进行染色，因此可区分生物膜中的死活细胞，得出生物膜活细胞量及细胞死活比。Park 等合成了一种一氧化氮(NO)释放材料，并用 SYTO9/PI 染色研究其对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistant Staphylococcus aureus，MRSA) 生物膜的抗菌作用。
Hoechst 染料为非嵌入型荧光染料，可与DNA 双链中的小沟结合，且更倾向于富含 A/T(腺嘌呤/胸腺嘧啶)的 DNA 链。Hoechst 可穿过细胞膜，对活细胞或固定细胞的细胞核进行染色，因此可用于活细胞标记。类似的染料有 Hoechst33258、Hoechst 33342 和 Hoechst 345803 种。Hoechsr-DNA的最大激发波长和最大发射波长分别 350 nm 和 460 nm，发蓝色荧光。Peyyala等评价了包括 Hoechst 33258 在内的多种细胞核酸染料对口腔细菌形成单一生物膜和复合生物膜细胞活性研究的能力。
磷脂存在于所有活细胞的细胞膜中，是生物膜的主要组分，其在细胞中的含量较稳定;当细胞衰亡时，磷脂会很快被分解，所以死细胞中磷脂含量很低。因此，磷脂含量可近似表示生物膜的活性生物量，即通过测定与脂结合的磷的方法来定量表示生物膜的活性生物量。磷脂法已经被证明是一种可以测定生物膜活性生物量的好方法。磷脂法首先要以一系列浓度KH2PO4标准溶液测定吸收值，绘制标准曲线;对生物膜内磷脂进行萃取;然后用消化剂将以上萃取液中有机磷脂中的磷转化为无机磷;按照制作标准曲线的方法测定消解液中的磷酸盐浓度，换算得出生物膜活性生物量。熊正为等采用悬挂链曝气式接触氧化工艺在 3 个时段内处理城市河道污水，采用磷脂法研究载体表面生物膜特性，验证了装置的水质净化效果。
生物膜在形成过程及成熟后，其结构具有特异性。成熟的生物膜是由大量胞外聚合物包裹菌体的三维立体结构，一般由多个蘑菇样或柱样的亚单位组成。利用荧光染料对生物膜进行标记，结合 CLSM，不仅可对生物膜结构直接观察，进一步结合图像分析软件，还可对图像堆数据进行结构定量化分析，使直观的图像转变成可以统计分析的数据，获得生物膜生物量、厚度、基质覆盖率、比表面积等相关信息。常用于结合 CLSM 对生物膜结构进行分析的软件有：COMSTAT、Image Structure Analyzer(ISA)、PHLIP、Image J、BioImag L
等，其中，以 COMSTAT 和 ISA 应用最为广泛。
《研究生物膜的新技术》一书于2020年由CRC Press出版社出版，作者是Qiu-Xing Jiang。本书阐述了一些研究特定脂质在膜中的动态分布及其对其他膜成分影响的新方法。作者总结了关于脂质分析和脂质与膜蛋白相互作用的重要发现。脂质双分子层结构和膜脂组织的研究方法多种多样，包括体外膜系统和体内膜系统，以及各种膜系统中的膜蛋白的研究。
本书作为研究生物膜新技术的专业书记，内容专业详实，语言浅显易懂，除此之外还有以下特点：
1、本书综述了在体内和体外研究膜结构和功能的分析技术和方法
2、本书探究了脂质双分子层和膜蛋白如何相互作用
3、本书包含了积极研究膜结构和功能的国际研究团队的贡献
4、本书确定了病因与膜蛋白有关的疾病
本书目录
1. 引言
2. 脂质组学在人类癌症和营养不良中的应用
3. 追踪和成像
4. 扫描角度干涉显微镜(SAIM)
5. 生物膜的原子力显微镜
6. 在可控脂质环境中测定膜蛋白的重组膜系统
7. BK(MaxiK;Slo1)的胆固醇调节通道
8. 用于结构和功能研究的膜蛋白的膜环境修复
兰天 武汉大学生命科学学院 博士研究生